《PLC、变频器与人机界面实战手册（西门子篇）》介绍了西门子PLC、变频器、人机界面组态技术，主要内容有PLC基础与西门子PLC入门实战、西门子S7- 200 SMART PLC介绍、S7- 200 SMART PLC编程软件的使用、基本指令的使用与实例、顺序控制指令的使用与实例、功能指令的使用与实例、PLC通信、西门子变频器的使用、变频器应用电路、PLC与变频器综合应用、西门子触摸屏介绍、西门子WinCC组态软件快速入门、WinCC软件常用对象的使用、西门子触摸屏操控PLC实战。

目录

前言

第1章PLC基础与西门子PLC入门实战1

1.1PLC与PLC控制1

1.1.1什么是PLC1

1.1.2PLC控制与继电器控制比较2

1.2PLC种类与特点3

1.2.1PLC的种类3

1.2.2PLC的特点4

1.3PLC的组成与工作原理4

1.3.1PLC的组成框图4

1.3.2CPU与存储器5

1.3.3输入接口电路6

1.3.4输出接口电路6

1.3.5通信接口、扩展接口与电源7

1.3.6PLC的工作方式7

1.3.7例说PLC控制电路的软、硬件工作过程8

1.4PLC的编程语言9

1.4.1梯形图9

1.4.2功能块图10

1.4.3指令语句表10

1.5西门子PLC控制双灯亮灭的开发实例10

1.5.1PLC应用系统开发的一般流程10

1.5.2系统的控制要求11

1.5.3选择PLC型号并确定输入/输出设备及I/O端子11

1.5.4绘制PLC控制双灯亮灭的电路图（见图1-16）11

1.5.5用编程软件编写PLC程序11

1.5.6DC24V电源适配器与电源线12

1.5.7用编程电缆连接计算机和PLC14

1.5.8下载程序到PLC14

1.5.9模拟调试15

1.5.10实际接线15

1.5.11实际操作测试16

第2章西门子S7-200SMARTPLC介绍17

2.1PLC硬件介绍17

2.1.1两种类型的CPU模块17

2.1.2CPU模块面板各部件说明18

2.1.3CPU模块的接线18

2.1.4信号板的安装使用与地址分配20

2.1.5S7-200SMARTPLC常用模块与订货号23

2.2PLC的软元件25

2.2.1输入继电器与输出继电器25

2.2.2辅助继电器、特殊辅助继电器与状态继电器26

2.2.3定时器、计数器与高速计数器26

2.2.4累加器、变量存储器与局部变量存储器27

2.2.5模拟量输入寄存器与模拟量输出寄存器27

第3章S7-200SMARTPLC编程软件的使用28

3.1STEP7-Micro/WINSMART编程软件的窗口说明28

3.2程序的编写与下载30

3.2.1项目创建与保存30

3.2.2PLC硬件组态30

3.2.3程序的编写与编译30

3.2.4PLC与计算机的连接与通信设置34

3.3程序的编辑与注释39

3.3.1程序的编辑39

3.3.2程序的注释42

3.4程序的监控与调试44

3.4.1用梯形图监控调试程序44

3.4.2用状态图表的表格和趋势图监控调试程序47

3.4.3用状态图表的趋势图监控调试程序49

3.5对象设置、硬件组态与数据复制50

3.5.1常用对象的设置50

3.5.2硬件组态50

3.5.3用存储卡备份、复制程序和刷新固件52

第4章基本指令的使用与实例56

4.1位逻辑指令56

4.1.1触点指令56

4.1.2线圈指令57

4.1.3立即指令58

4.1.4RS触发器指令59

4.1.5空操作指令60

4.2定时器604.2.1通电延时型定时器61

4.2.2断电延时型定时器62

4.2.3记忆型通电延时定时器63

4.3计数器64

4.3.1加计数器64

4.3.2减计数器65

4.3.3加减计数器66

4.4常用的基本控制电路及梯形图67

4.4.1起动、自锁和停止控制电路与梯形图67

4.4.2正、反转联锁控制电路与梯形图67

4.4.3多地控制电路与梯形图70

4.4.4定时控制电路与梯形图71

4.4.5长定时控制电路与梯形图74

4.4.6多重输出控制电路与梯形图75

4.4.7过载报警控制电路与梯形图76

4.4.8闪烁控制电路与梯形图78

4.5喷泉的西门子PLC控制实例79

4.5.1系统控制要求79

4.5.2I/O端子及输入/输出设备79

4.5.3PLC控制电路79

4.5.4PLC控制程序及详解79

4.6交通信号灯的西门子PLC控制实例82

4.6.1系统控制要求82

4.6.2I/O端子及输入/输出设备82

4.6.3PLC控制电路83

4.6.4PLC控制程序及详解84

4.7多级传送带的西门子PLC控制实例86

4.7.1系统控制要求86

4.7.2I/O端子及输入/输出设备86

4.7.3PLC控制电路86

4.7.4PLC控制程序及详解86

4.8车库自动门的西门子PLC控制实例89

4.8.1系统控制要求89

4.8.2I/O端子及输入/输出设备89

4.8.3PLC控制电路89

4.8.4PLC控制程序及详解89

第5章顺序控制指令的使用与实例92

5.1顺序控制与状态转移图92

5.2顺序控制指令93

5.2.1指令名称及功能93

5.2.2指令使用举例935.2.3指令使用注意事项93

5.3顺序控制的几种方式95

5.3.1选择性分支方式95

5.3.2并行分支方式95

5.4液体混合装置的西门子PLC控制实例100

5.4.1系统控制要求100

5.4.2I/O端子及输入/输出设备100

5.4.3PLC控制电路100

5.4.4PLC控制程序及详解101

5.5简易机械手的西门子PLC控制实例104

5.5.1系统控制要求104

5.5.2I/O端子及输入/输出设备104

5.5.3PLC控制电路104

5.5.4PLC控制程序及详解105

5.6大小铁球分拣机的西门子PLC控制实例108

5.6.1系统控制要求108

5.6.2I/O端子及输入/输出设备108

5.6.3PLC控制电路109

5.6.4PLC控制程序及详解109

第6章功能指令的使用与实例113

6.1数据类型113

6.1.1字长113

6.1.2数据的类型和范围113

6.1.3常数的编程书写格式114

6.2传送指令114

6.2.1单一数据传送指令114

6.2.2字节立即传送指令115

6.2.3数据块传送指令116

6.2.4字节交换指令117

6.3比较指令117

6.3.1字节触点比较指令117

6.3.2整数触点比较指令118

6.3.3双字整数触点比较指令119

6.3.4实数触点比较指令120

6.3.5比较指令应用举例120

6.4数学运算指令121

6.4.1加减乘除运算指令121

6.4.2浮点数函数运算指令126

6.5逻辑运算指令127

6.5.1取反指令127

6.5.2与指令1286.5.3或指令129

6.5.4异或指令130

6.6移位与循环指令131

6.6.1左移位与右移位指令131

6.6.2循环左移位与循环右移位指令132

6.7转换指令134

6.7.1标准转换指令134

6.7.2ASCII码转换指令136

6.8表格指令139

6.8.1填表指令139

6.8.2查表指令140

6.9时钟指令141

6.9.1时钟指令说明141

6.9.2时钟指令使用举例142

6.10程序控制指令143

6.10.1跳转与标签指令143

6.10.2循环指令144

6.10.3结束、停止和监视定时器复位指令145

6.11子程序与子程序指令146

6.11.1子程序146

6.11.2子程序指令147

6.12中断事件与中断指令149

6.12.1中断事件与中断优先级149

6.12.2中断指令152

第7章PLC通信155

7.1通信基础知识155

7.1.1通信方式155

7.1.2通信传输介质157

7.2PLC以太网通信158

7.2.1S7-200SMARTPLCCPU模块以太网连接的设备类型158

7.2.2IP地址的设置159

7.2.3以太网通信指令163

7.2.4PLC以太网通信实例166

7.3PLC的RS-485/RS-232通信170

7.3.1RS-232C、RS-422A和RS-485接口电路结构170

7.3.2RS-485/RS-232引脚功能定义171

7.3.3获取端口地址指令和设置端口地址指令172

7.3.4发送和接收指令173

第8章西门子变频器的使用179

8.1变频器的基本结构及原理179

.1.1异步电动机的两种调速方式179

8.1.2两种类型的变频器结构与原理179

8.2西门子MM440变频器的结构与接线181

8.2.1外形和型号（订货号）含义181

8.2.2内部结构及外部接线图182

8.2.3主电路的外部端子接线182

8.2.4控制电路外部端子的典型实际接线185

8.2.5数字量输入端子的接线及参数设置185

8.2.6模拟量输入端子的接线及参数设置186

8.2.7数字量输出端子的接线及参数设置189

8.2.8模拟量输出端子的接线及参数设置189

8.3变频器的停车、制动及再起动方式190

8.3.1电动机的铭牌数据与变频器对应参数190

8.3.2变频器的停车方式191

8.3.3变频器的制动方式192

8.3.4变频器的再起动方式193

8.4用面板和外部端子操作调试变频器193

8.4.1用SDP和外部端子操作调试变频器194

8.4.2用BOP操作调试变频器194

8.4.3用AOP操作调试变频器197

8.5MM440变频器的参数调试及常规操作198

8.5.1变频器所有参数的复位198

8.5.2变频器参数快速调试设置的步骤及说明199

8.5.3变频器的常规操作202

第9章变频器应用电路203

9.1输入端子控制正反转和面板键盘调速的变频器电路203

9.1.1控制要求203

9.1.2电路及操作说明203

9.1.3参数设置204

9.2输入端子控制正反转和面板电位器调速的变频器电路204

9.2.1控制要求204

9.2.2电路及操作说明205

9.2.3参数设置205

9.3变频器的多段速控制及应用电路206

9.3.1变频器多段速控制的三种方式206

9.3.2变频器多段速控制应用电路207

9.4变频器PID控制电路209

9.4.1PID控制原理209

9.4.2PID有关参数210

9.4.3PID控制恒压供水的变频器电路及参数设置210

第10章PLC与变频器综合应用214

10.1PLC控制变频器驱动电动机延时正反转的电路214

10.1.1控制要求214

10.1.2PLC输入输出端子的分配214

10.1.3电路接线214

10.1.4变频器参数设置214

10.1.5PLC控制程序及说明216

10.2PLC控制变频器实现多段速运行的电路217

10.2.1控制要求217

10.2.2PLC输入输出端子的分配217

10.2.3电路接线217

10.2.4变频器参数设置217

10.2.5PLC控制程序及说明218

10.3PLC以USS协议通信控制变频器的应用实例219

10.3.1S7-200PLC与MM440变频器串口通信的硬件连接219

10.3.2USS协议220

10.3.3在S7-200PLC编程软件中安装USS通信库222

10.3.4USS通信指令223

10.3.5S7-200PLC以USS协议通信控制MM440变频器的应用实例229

第11章西门子触摸屏介绍232

11.1触摸屏基础知识232

11.1.1基本组成232

11.1.2工作原理232

11.2西门子精彩系列触摸屏简介234

11.2.1SMARTLINE触摸屏的特点234

11.2.2常见型号及外形234

11.2.3触摸屏主要部件说明235

11.2.4技术规格236

11.3触摸屏与其他设备的连接237

11.3.1触摸屏的供电接线237

11.3.2触摸屏与组态计算机的以太网连接237

11.3.3触摸屏与西门子PLC的连接237

11.3.4触摸屏与三菱、施耐德和欧姆龙PLC的连接238

第12章西门子WinCC组态软件快速入门241

12.1WinCCflexibleSMARTV3软件的安装241

12.1.1系统要求241

12.1.2软件的下载与安装242

12.2用WinCC软件组态一个简单的项目242

12.2.1项目的创建与保存24212.2.2组态变量244

12.2.3组态画面246

12.2.4项目的模拟运行250

第13章WinCC软件常用对象的使用251

13.1IO域的使用举例251

13.1.1组态任务251

13.1.2组态过程251

13.1.3运行测试253

13.2按钮的使用举例254

13.2.1组态任务254

13.2.2组态过程255

13.2.3运行测试257

13.3变量控制对象动画的使用举例258

13.3.1组态任务258

13.3.2组态过程259

13.3.3运行测试261

13.3.4仿真调试261

13.4指针变量的使用举例263

13.4.1组态任务263

13.4.2组态过程263

13.4.3运行测试266

13.5开关和绘图工具的使用举例267

13.5.1组态任务267

13.5.2组态过程268

13.5.3运行测试271

13.6报警功能的使用举例271

13.6.1报警基础知识271

13.6.2组态任务273

13.6.3组态过程273

13.6.4运行测试277

13.7棒图和趋势图的使用举例279

13.7.1组态任务279

13.7.2组态过程279

13.7.3运行测试283

13.8画面的切换使用举例284

13.8.1建立画面（见表13-10）284

13.8.2用拖放生成按钮的方式设置画面切换285

13.8.3用按钮配合画面切换函数来实现指定画面的切换（见表13-11）285

13.8.4用按钮配合画面切换函数来实现任意编号画面的切换286

第14章西门子触摸屏操控PLC实战288

14.1明确要求、规划变量和电路288

14.1.1控制要求288

14.1.2选择PLC和触摸屏型号并分配变量288

14.1.3设备连接与电路289

14.2编写和下载PLC程序289

14.2.1编写PLC程序289

14.2.2PLC与计算机的连接与设置290

14.2.3下载和上传PLC程序291

14.3组态和下载触摸屏画面项目293

14.3.1创建触摸屏画面项目文件293

14.3.2组态触摸屏与PLC的连接294

14.3.3组态变量296

14.3.4组态指示灯296

14.3.5组态按钮297

14.3.6组态状态值监视器299

14.3.7组态说明文本300

14.3.8下载项目到触摸屏300

14.3.9无法下载项目的常见原因及解决方法302

14.3.10用ProSave软件更新触摸屏版本304

14.4西门子触摸屏连接PLC的操作与监视测试305

14.4.1触摸屏用网线连接PLC的硬件连接与通信设置305

14.4.2触摸屏用串口线连接PLC的硬件连接与通信设置306

14.4.3西门子触摸屏连接PLC的实际操作测试306

前 言

PLC、变频器和人机界面是现代工业自动化控制的重要设备，这些设备的应用使得工厂的生产和制造过程更加自动化、效率化、精确化，并具有可控性和可视性，大大推动了我国的制造业自动化进程，为我国现代化的建设做出了巨大的贡献。

PLC（可编程序控制器）的外形像一只有很多接线端子和接口的箱子，接线端子分为输入端子、输出端子和电源端子，接口分为通信接口和扩展接口。通信接口用于连接计算机、变频器或触摸屏等设备;扩展接口用于连接一些特殊功能模块，增强PLC的控制功能。当用户从输入端子给PLC发送命令（如按下输入端子外接的开关）时，PLC运行内部的程序，再从输出端子输出控制信号，去驱动外围的执行部件（如接触器线圈），从而完成控制要求。PLC输出怎样的控制信号由内部的程序决定，该程序一般是在计算机中用专门的编程软件编写，再下载至PLC。

变频器是一种电动机驱动设备，在工作时，先将工频（50Hz或60Hz）交流电源转换成频率可变的交流电源再提供给电动机，只要改变输出交流电源的频率，就能改变电动机的转速。由于变频器输出电源的频率可连续变化，故电动机的转速也可连续变化，从而实现电动机无级变速调节。

触摸屏是一种带触摸显示功能的数字输入输出设备，又称人机界面（HMI）。当触摸屏与PLC连接起来后，在触摸屏上不仅可以对PLC进行操作，还可在触摸屏上实时监视PLC内部一些软元件的工作状态。要使用触摸屏操作和监视PLC，需在计算机中用专门的组态软件为触摸屏制作（又称组态）相应的操作和监视画面项目，再把画面项目下载到触摸屏。

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本书在编写过程中得到了许多教师的支持，在此一并表示感谢。由于水平有限，书中的错误和疏漏在所难免，望广大读者和同仁予以批评指正。

编 者